Сбор данных — это процесс выборки сигналов, измеряющих реальные физические условия, и преобразования полученных выборок в цифровые числовые значения , которые могут быть обработаны компьютером. Системы сбора данных, сокращенно называемые DAS, DAQ или DAU, обычно преобразуют аналоговые сигналы в цифровые значения для обработки. Компоненты систем сбора данных включают:
Приложения для сбора данных обычно управляются программами , разработанными с использованием различных языков программирования общего назначения , таких как Assembly , BASIC , C , C++ , C# , Fortran , Java , LabVIEW , Lisp , Pascal и т. д. Автономные системы сбора данных часто называют регистраторами данных .
Существуют также пакеты программного обеспечения с открытым исходным кодом, предоставляющие все необходимые инструменты для получения данных с различного, как правило, специфического оборудования. Эти инструменты исходят из научного сообщества, где для сложных экспериментов требуется быстрое, гибкое и адаптируемое программное обеспечение. Эти пакеты обычно настраиваются под заказ, но более общие пакеты DAQ, такие как Maximum Integrated Data Acquisition System, можно легко настроить и использовать в нескольких физических экспериментах.
В 1963 году IBM выпустила компьютеры, которые специализировались на сборе данных. К ним относятся IBM 7700 Data Acquisition System и ее преемник IBM 1800 Data Acquisition and Control System . Эти дорогие специализированные системы были превзойдены в 1974 году компьютерами общего назначения S-100 и картами сбора данных, произведенными Tecmar /Scientific Solutions Inc. В 1981 году IBM представила IBM Personal Computer , а Scientific Solutions представила первые продукты для сбора данных на базе ПК. [1] [2] [3] [4] [5]
Сбор данных начинается с физического явления или физического свойства , которое необходимо измерить. Примерами этого являются температура, вибрация, интенсивность света, давление газа, поток жидкости и сила. Независимо от типа измеряемого физического свойства, измеряемое физическое состояние должно быть сначала преобразовано в унифицированную форму, которая может быть отобрана системой сбора данных. Задача выполнения таких преобразований ложится на устройства, называемые датчиками . Система сбора данных представляет собой набор программного и аппаратного обеспечения, который позволяет измерять или контролировать физические характеристики чего-либо в реальном мире. Полная система сбора данных состоит из оборудования DAQ, датчиков и исполнительных механизмов, оборудования для формирования сигнала и компьютера, на котором запущено программное обеспечение DAQ. Если необходима синхронизация (например, для систем DAQ в режиме событий), требуется отдельная компенсированная распределенная система синхронизации.
Датчик , который является типом преобразователя , представляет собой устройство, преобразующее физическое свойство в соответствующий электрический сигнал (например, тензодатчик , термистор). Система сбора данных для измерения различных свойств зависит от датчиков, которые подходят для обнаружения этих свойств. Преобразование сигнала может быть необходимо , если сигнал от преобразователя не подходит для используемого оборудования DAQ. В большинстве случаев сигнал может потребоваться отфильтровать, сформировать или усилить. Другими примерами преобразования сигнала могут быть мостовое завершение, обеспечение возбуждения тока или напряжения для датчика, изоляция и линеаризация. Для целей передачи несимметричные аналоговые сигналы , которые более восприимчивы к шуму, могут быть преобразованы в дифференциальные сигналы . После оцифровки сигнал может быть закодирован для уменьшения и исправления ошибок передачи.
Аппаратное обеспечение DAQ обычно является интерфейсом между сигналом и ПК. Оно может быть в виде модулей, которые можно подключить к портам компьютера ( параллельным , последовательным , USB и т. д.) или карт, подключенных к слотам ( шина S-100 , AppleBus, ISA, MCA , PCI, PCI-E и т. д.) на материнской плате ПК или в модульном корпусе ( CAMAC , NIM , VME ). Иногда требуются адаптеры, в этом случае можно использовать внешний коммутационный блок .
Карты DAQ часто содержат несколько компонентов (мультиплексор, АЦП, ЦАП, TTL-IO, высокоскоростные таймеры, ОЗУ). Они доступны через шину микроконтроллера , который может запускать небольшие программы. Контроллер более гибок, чем жестко зашитая логика, но дешевле, чем ЦП, поэтому его допустимо блокировать простыми циклами опроса. Например: ожидание триггера, запуск АЦП, поиск времени, ожидание завершения АЦП, перемещение значения в ОЗУ, переключение мультиплексора, получение входа TTL, разрешение ЦАП продолжить нарастание напряжения.
Сегодня сигналы от некоторых датчиков и систем сбора данных можно передавать через Bluetooth.
Драйверы устройств DAQ необходимы для работы оборудования DAQ с ПК. Драйвер устройства выполняет низкоуровневые записи и чтения регистров на оборудовании, одновременно предоставляя API для разработки пользовательских приложений в различных программах.
Специализированное программное обеспечение DAQ может поставляться вместе с оборудованием DAQ. Программные инструменты, используемые для создания крупномасштабных систем сбора данных, включают EPICS . Другие среды программирования, которые используются для создания приложений DAQ, включают ladder logic , Visual C++ , Visual Basic , LabVIEW и MATLAB .
